Obiettivo fotografico
Nota: Questo articolo tratta degli obiettivi relativamente al loro utilizzo in fotografia. Per la trattazione fisica, vedi Obiettivo (ottica)
Obiettivo è un termine generico che descrive un dispositivo ottico in grado di raccogliere e riprodurre un'immagine. È presente in moltissime apparecchiature ottiche: macchine fotografiche, binocoli, cannocchiali, telescopi, microscopi e altro.
Può essere composto da una o più lenti e/o da specchi concavi. Il caso più semplice è comunque dato da uno schermo con un piccolo foro (foro stenopeico).
Gli obiettivi più complessi sono formati da più lenti per ovviare agli inconvenienti generati dalle aberrazioni ottiche. In molti casi anche il cristallino dell'occhio è parte del sistema ottico dove il piano focale è rappresentato dalla retina.
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Caratteristiche principali degli obiettivi
Lunghezza focale
Nella schematizzazione più semplice ogni obiettivo, per quanto complesso, si comporta come una lente sottile.
In questo senso si definisce lunghezza focale la distanza dalla superfice dell'obiettivo del punto nel quale converge la luce quando questo viene illuminato con un fascio di luce parallela.
Focale fissa
Sono gli obiettivi in cui non è possibile cambiare la lunghezza focale.
Nell'arco del tempo sono stati costruiti degli obiettivi in cui si può variare la lunghezza focale sostituendo interi gruppi ottici.
Focale variabile o zoom
Sono obiettivi in cui la lunghezza focale può variare in modo continuo tra i due estremi.
Sugli zoom attuali il rapporto tra i due estremi viene espresso fattore di moltiplicazione (3X, 5X ecc.).
In funzione dello schema costruttivo il cambio di focale viene ottenuto con un sistema a ghiera rotante o con un sistema cosidetto 'a pompa' in cui spostando avanti o indietro la ghiera di messa a fuoco si varia la focale.
Nelle migliori ottiche la distanza di messa a fuoco e l'apertura non variano cambiando la focale.
Apertura o luminosità
È il rapporto tra la lunghezza focale e il diametro della lente sottile equivalente.
Più il diametro dell'obiettivo è grande più l'obiettivo è luminoso. Riesce quindi a far passare più luce ed impressionare la pellicola in minor tempo. Nel caso dei telescopi a vedere oggetti di luminosità più bassa.
Diaframma
Il diaframma ideale è una lamina sottilissima con un foro rotondo ed è posta nel centro ottico dell'obiettivo, serve per regolare la luce che passa attraverso l'obiettivo.
La sua dimensione influisce anche sulla profondità di campo e di conseguenza su quella di fuoco. In fluisce anche notevolmente su molte aberrazioni ottiche.
La sua forma influisce, anche se lievemente, sulla forma dello sfocato.
Nell'arco del tempo si sono utilizzati diversi tipi di diaframma.
I primi erano dei tappi forati in centro posti davanto o dietro l'ottica ma introducevano delle deformazioni nell'immagine dette a barilotto e a cuscinetto.
Sono state usate anche delle lamine forate da inserire tramite una slitta nell'obiettivo. Cerchi rotanti con dei fori di vario diametro. Coppie di lamine con tranciati dei fori a forma triangolare che scorrendo producono un foro di forma quadrangolare.
Ma il diaframma più usato è quello detto 'a iride'. È formato da un numero variabile di lamelle (da 4 in su) sagomate in maniera opportuna. Le lamelle imperniate in una ghiera rotante azionabile dall'esterno che scorrendo fa variare in maniera continua la dimensione del foro. La sagoma del foro è dovuta alla forma delle lamelle e si avviciva al rotondo quanto più la loro quantità è alta.
Angolo di campo
L'immagine formata dall'obiettivo su una superficie posta in corrispondenza del piano focale è di forma circolare ed è chiamata 'circolo di illuminazione' al suo interno vi è un'altro circolo detto di 'buona definizione' dove l'immagine può essere interpretata correttamente.
All'interno del circolo di buona definizione viene posto il materiale atto a raccogliere l'immagine. Questo materiale, generalmente di forma quadrangolare, può essere un vetro smerigliato, una pellicola o lastra fotografica, nonché un sensore elettronico. Ha una certa dimensione e l'angolo di campo viene misurato considerando la sua diagonale con la focalizzazione posta all'infinito. È l'angolo misurato al vertice di un triangolo isoscele posto sull'asse dal piano focale dell'obiettivo con alla base la dimensione dell'immagine formata sulla diagonale del materiale sensibile. Varia quindi in funzione del formato del materiale sensibile e della lunghezza focale, è più ampio quando questa è corta e viceversa. Da notare che se ci si sposta dall'infinito, distanziando l'obiettivo dal piano focale, l'angolo di campo diminuisce.
Messa a fuoco
Per poter visualizzare nitidamente l'immagine si deve fare l'operazione detta di messa a fuoco che consiste nel posizionare l'obiettivo a distanza opportuna tra il piano focale e l'oggetto fotografato. In alcuni obiettivi non vi è nessuna modifica alla propria lunghezza perché l'operazione è fatta con lo spostamento di uno o più gruppi ottici interni all'obiettivo stesso.
L'operazione è svolta agendo su un'apposita ghiera posta sul barilotto dell'obiettivo.
Nelle moderne fotocamere la messa a fuoco può essere fatta in modo automatico. L'azione è svolta da un motore elettrico posto all'interno della fotocamera o dell'obiettivo.
Tipi di obiettivo
A lenti
Sono formati da più di una lente perché solo così si riesce a correggere, parzialmente, le aberrazioni ottiche.
Nei telescopi si usano più lenti per correggere l'aberrazione cromatica e sono detti acromatici.
Le lenti sono costruite con diversi tipi di vetro caratterizzati dal loro indice di rifrazione e dalla curvatura che può essere sferica o asferica.
La curvatura delle superfici ne caratterizza la lunghezza focale che sarà positiva nel caso di convergenza e negativa nel caso di divergenza. L'uso di lenti diverse per tipo e lunghezza focale, positiva o negativa, permette le varie correzioni e ne definisce la lunghezza focale generale (sempre positiva).
A specchi
Sono detti catadiottrici e la loro costruzione è simile al telescopio riflettore a schema Cassegrain.
Rispetto ai teleobiettivi hanno il vantaggio di un piccolo ingombro e di un basso peso. Oltre ai due specchi sono costruiti impiegando delle lenti a bassa curvatura per la correzione delle aberrazioni sferiche e come sostegno dello specchio secondario. A causa delle notevoli aberrazioni extra-assiali sono costruiti solo con lunghezze focali da 350mm in su.
A causa della sua conformazione ottica non è possibile introdurvi il diaframma. Inoltre la forma dello sfocato è un anello invece di un cerchio.
Foro stenopeico
È un piccolo foro praticato in una lamina sottile di materiale opaco. Indicativamente il diametro del foro è di un terzo di millimetro.
Conosciuto fin dai tempi più antichi applicato alla "camera obscura" della quale è notevole la descrizione che ne fece Leonardo da Vinci nel Codice atlantico.
Naturalmente la sua luminosità è molto bassa quindi è impiegabile solo con oggetti fermi e molto luminosi. È esente da quasi tutte le aberrazioni degli altri obiettivi. Ha una nitidezza molto bassa che migliora diminuendo il diametro del foro per peggiorare a causa della diffrazione causata dal bordo del foro quando è troppo piccolo.
Aggiuntivi ottici
Sono dei complementi ottici da montarsi anteriormente o posteriormente agli obiettivi per cambiarne la lunghezza focale a discapito, però, di altre caratteristiche.
Per macrofotografia
Viene montato anteriormente all'ottica per fare in modo che la focalizzazione dell'oggetto avvenga a distanza ravvicinata ed avere un rapporto di riproduzione almeno di uno a uno.
Sono dei sistemi ottici convergenti possibilmente acromatici.
Diminuiscono la lunghezza focale dell'obiettivo su cui sono montati. La distanza col piano di messa a fuoco rimane invariata per cui non è più possibile la focalizzazione all'infinito ma solo a distanze molto ravvicinate. La luminosità dell'obiettivo originale non cambia in maniera percettibile.
Moltiplicatori di focale
Sono dei sistemi ottici divergenti montati posteriormente all'obiettivo e servono ad allungare la lunghezza focale.
La distanza di messa a fuoco non cambia. Ma cambia la luminosità originale in funzione del fattore di moltiplicazione.
Vengono costruiti con due soli fattori di moltiplicazione: 1,4X e 2X.
Sono usati con ottiche di maggiore lunghezza focale.
Catalogazione degli obiettivi per impiego fotografico
Obiettivo normale
È considerato normale l'obiettivo che ha l'angolo di campo simile a quello dell'occhio umano (circa 53°). Per il formato fotografico, più comune, detto '135' che ha il fotogramma di 24x36mm di dimensione è considerato normale l'obiettivo da 50mm di lunghezza focale anche se l'obiettivo che si avvicina di più sarebbe il 43mm. Così nel formato detto '120' conosciuto come 6x6 il normale ha lunghezza focale di 80mm invece di 85mm calcolati.
Naturalmente nelle fotocamere digitali dove l'elemento sensibile è generalmente più piccolo del 24x36 l'obiettivo normale è più corto di 50mm. Dal lato opposto, nei banchi ottici, il normale e sempre più lungo di 50mm.
Grandangolo
Gli obiettivi con angolo di campo maggiore ovvero lunghezza focale minore del normale sono detti grandangoli.
Per il 24x36mm il più classico è il 35mm scendendo poi al 28mm e via via fino agli incredibili fish-eye (occhio di pesce) così chiamati a causa della lente frontale molto convessa e sporgente.
I grandangolari spinti producono un'immagine molto deformata dovuta alla proiezione equidistante dei fasci luminosi sulla pellicola, fino ad arrivare alla formazione un'immagine circolare. Il loro angolo di campo raggiunge i 220° nei 6mm.
È possibile correggere la distorsione usando la proiezione rettilineare fino alla lunghezza focale di 14mm.
Retrofocus
Quando la lunghezza focale diminuisce il corpo dell'obiettivo verrebbe a trovarsi troppo vicino al piano focale con impedimento del funzionamento di alcuni organi meccanici interni alla fotocamera.
Per ovviare a questo inconveniente è stato adottato lo schema ottico a retrofocus o a teleobiettivo invertito. Consiste in un gruppo ottico anteriore divergente e in un gruppo posteriore convergente, è possibile che vi siano ulteriori gruppi centrali.
Teleobiettivo o lungo fuoco
Gli obiettivi con angolo di campo minore ovvero lunghezza focale maggiore del normale sono detti teleobiettivi.
Sarebbe più giusto chiamarli lungo fuoco quando presentano uno schema ottico normale. Per le leggi dell'ottica la distanza tra il piano ottico e il piano di messa a fuoco all'infinito è uguale alla lunghezza focale allungandosi ulteriormente per focalizzazioni a brevi distanze. Quindi un 500mm diverrebbe lungo oltre mezzo metro con scarsa maneggiabilità e sbilanciamenti nell'impiego pratico sopratutto con uso a mano libera.
Per ovviare gli questi inconvenienti è stato adottato lo schema ottico a teleobiettivo. Consiste in un gruppo ottico anteriore convergente e in un gruppo posteriore leggermente divergente, è possibile che vi siano ulteriori gruppi centrali.
Teoria di Gauss
In un sistema ottico complesso come l'obiettivo moderno non è più sufficiente considerare il piano ottico in centro alla lente sottile equivalente ma considerare due piani detti principali. Non importa la complessità interna dell'obiettivo perché esso è sempre un sistema ottico centrato dotato di un'asse di simmetria. (in sviluppo)